Use of a hydrogen metal hydride system to increase glass production efficiency

Abstract

Today, the most effective means of using the energy potential of the secondary energy resources of industrial enterprises is the use of cogeneration utilization systems. This makes it possible to concurrently obtain both heat and electrical energy, and significantly reduce heat losses. This paper proposes that sheet glass producing enterprises use additional utilization systems for making use of heat from glass furnace gases. The current state of hydrogen use during glass production is analyzed. A scheme of energy technology complex with a hydrogen turbine and a metal hydride system for the combined production of heat and electric energy is developed. A calculation and theoretical study has been conducted to determine the main parameters of the hydrogen heat recovery system in the range of furnace gas temperatures from 523 to 673 K, as well as the efficiency of the system application. Using the developed mathematical model of the processes of heat and mass transfer in metal hydrides, we obtained data regarding the operating parameters of the thermosorption compressor, which allowed us to determine the structural characteristics of the metal hydride system as a whole. As a result of the calculation, we obtained coolant characteristics at hydrogen circuit key points, and determined the hydrogen turbine power. The electric energy produced in it can be used for the electrolyzer of the hydrogen station of an enterprise. The oxygen generated during the electrolysis process is added to the combustion air, which will increase the combustion temperature of the fuel mixture and increase glass furnace efficiency. Thus, a complex of proposed measures for the utilization of the energy potential of glass furnace gases will allow us to increase the energy efficiency of sheet glass production and the competitiveness of glass-producing enterprises.

Найбільш ефективним засобом використання енергетичного потенціалу вторинних енергоресурсів промислових підприємств сьогодні вважається застосування когенераційних утилізаційних систем. Це дає змогу отримати одночасно теплову та електричну енергію та значно зменшити теплові втрати. У роботі запропоновано для підприємства з виробництва листового скла використання додаткової утилізаційної системи для використання теплоти димових газів скловарних печей. Проаналізовано сучасний стан використання водню під час виробництва скломаси. Розроблено схему енерготехнологічного комплексу з водневою турбіною та металогідридною системою для комбінованого вироблення електричної та теплової енергії. Проведено розрахунково-теоретичне дослідження з метою визначення основних параметрів роботи водневої теплоутилізаційної системи в діапазоні температур димових газів від 523 до 673 К, а також ефективності її застосування. З використанням розробленої математичної моделі процесів тепломасообміну в гідридах металів отримані дані щодо режимних параметрів роботи термосор бційного компресора, що дозволили визначити конструктивні характеристики металогідридної системи в цілому. В результаті проведеного розрахункового дослідження отримані характеристики теплоносія в ключових точках водневого контуру, визначено потужність водневої турбоустановки. Електрична енергія, що виробляється у ній, може бути використана для електролізера водневої станції підприємства. Кисень, який утворюється під час процесу електролізу, додається до повітря горіння, що дасть змогу підвищити температуру горіння паливної суміші та збільшити продуктивність скловарної печі. Таким чином, комплекс запропонованих заходів з утилізації енергетичного потенціалу димових газів скловарних печей дасть змогу підвищити енергоефективність виробництва листового скла та конкурентоспроможність скловарних підприємств.